Обозначение катушек индуктивности. Катушка индуктивности: устройство, принцип работы, характеристики и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое катушка индуктивности. Как устроена катушка индуктивности. Какой принцип работы катушки индуктивности. Каковы основные характеристики катушек индуктивности. Где применяются катушки индуктивности.

Содержание

Что такое катушка индуктивности и как она устроена

Катушка индуктивности — это электротехническое устройство, представляющее собой проводник, намотанный в виде спирали на каркас. Основными элементами конструкции катушки индуктивности являются:

Обмотка — провод, намотанный в виде спирали
Каркас — основа, на которую наматывается провод
Выводы — для подключения к электрической цепи
Сердечник (не всегда) — для усиления магнитного поля

Обмотка катушки может быть одно- или многослойной. В качестве материала для обмотки чаще всего используется медный провод. Каркас изготавливается из диэлектрических материалов — пластика, керамики, картона. Сердечник, если он есть, выполняется из ферромагнитных материалов.

Принцип работы катушки индуктивности

Принцип работы катушки индуктивности основан на явлении электромагнитной индукции. При протекании через катушку электрического тока вокруг нее создается магнитное поле. При изменении тока в катушке происходит изменение магнитного потока, что приводит к возникновению ЭДС самоиндукции.

Основные эффекты, возникающие в катушке индуктивности:

Самоиндукция — возникновение ЭДС при изменении тока в самой катушке
Индуктивное сопротивление — препятствие катушки изменению тока
Накопление энергии в магнитном поле катушки

Благодаря этим эффектам катушка индуктивности способна накапливать энергию магнитного поля и препятствовать изменениям тока, что определяет ее основные применения в электротехнике и электронике.

Основные характеристики катушек индуктивности

К основным характеристикам и параметрам катушек индуктивности относятся:

Индуктивность (L) — основной параметр, измеряется в генри (Гн)

Добротность (Q) — характеризует потери энергии в катушке
Собственная емкость — паразитный параметр
Активное сопротивление обмотки
Максимальный допустимый ток
Резонансная частота
Температурный коэффициент индуктивности

Индуктивность является ключевым параметром и определяется геометрическими размерами катушки, числом витков и магнитными свойствами сердечника. Добротность характеризует отношение накопленной энергии к рассеиваемой за период и является мерой качества катушки.

Виды и типы катушек индуктивности

Существует несколько основных видов и типов катушек индуктивности:

По конструкции:
- Цилиндрические (соленоидные)
- Тороидальные
- Спиральные (плоские)
По наличию сердечника:
- Без сердечника (воздушные)
- С неподвижным сердечником
- С подвижным сердечником (вариометры)
По виду обмотки:
- Однослойные
- Многослойные
- Универсальные

Выбор типа катушки зависит от конкретного применения, требуемых параметров и условий эксплуатации.

Применение катушек индуктивности в электронике и электротехнике

Катушки индуктивности широко применяются в различных областях электроники и электротехники:

Фильтры высоких и низких частот
Колебательные контуры
Трансформаторы и дроссели
Электромагниты и реле
Антенны и радиочастотные цепи
Импульсные источники питания
Электродвигатели и генераторы

В фильтрах катушки используются для подавления высокочастотных помех. В колебательных контурах они участвуют в формировании резонансных цепей. Трансформаторы и дроссели на основе катушек применяются для преобразования напряжений и токов.

Расчет и изготовление катушек индуктивности

Расчет катушки индуктивности включает определение ее конструктивных параметров для получения требуемой индуктивности. Основные этапы расчета:

Выбор конструкции и материалов
Расчет числа витков
Определение размеров каркаса и обмотки
Выбор сечения провода
Проверка на соответствие требуемым характеристикам

Для расчета используются специальные формулы и номограммы. Существуют также программы для автоматизированного расчета катушек индуктивности. При самостоятельном изготовлении важно точно выдержать расчетные параметры и качественно выполнить намотку.

Измерение параметров катушек индуктивности

Для измерения параметров катушек индуктивности применяются различные методы и приборы:

Измерители RLC для определения индуктивности, добротности, сопротивления
Измерительные мосты переменного тока
Резонансные методы с использованием генераторов и осциллографов
Специализированные приборы — куметры, измерители добротности

При измерениях важно учитывать влияние паразитных параметров и внешних факторов. Для точных измерений применяют экранирование и специальные методики. Современные цифровые приборы позволяют быстро и точно определять основные характеристики катушек индуктивности.

Цветовая маркировка контурных катушек импортных радиоприемников

В настоящее время радиолюбителям все чаще приходится сталкиваться с необходимостью ремонта импортных радиоприемников. Одной из причин частого выхода их из строя является неисправность контурных катушек. Как показывает статистика, она занимает второе место после поломки всевозможных переключателей. Хотя маркировка современных импортных контурных катушек, похоже, унифицирована, в популярной литературе найти сведения о ней весьма затруднительно. Думается, что предлагаемый мною материал, полученный на основе ремонта недорогих радиоприемников и магнитол фирм Aiwa, Panasonic, Sharp, а также некоторых немаркированных моделей китайского производства, будет полезен радиолюбителям.

Чаще всего в радиоприемниках применяются контурные катушки размерами 10х10х14 мм и 8х8х11 мм (рис. 1). Все обмотки обычно намотаны внавал эмалированным проводом диаметром 0,05. ..0,12 мм на ферритовом магнитопроводе, приклеенном к пластмассовому основанию. Контурные катушки намотаны поверх катушек связи и залиты парафином. Подстроечником служит ферритовый горшок, имеющий резьбу на наружной поверхности и шлиц под отвертку. Весь контур заключен в латунный экран. В контурах, применяемых в трактах ПЧ, имеются встроенные конденсаторы.

рис. 1

Цветовая маркировка катушек представляет собой пятна или полосы краски, нанесенные соответственно на дно магнитопровода или на экран. Схемы контурных катушек приведены на рис. 2.

рис. 2

В таблице указаны намоточные данные, назначение, емкость встроенного конденсатора и цветовая маркировка катушек размерами 10х10х14 мм. Контурные катушки размерами 8х8х11 мм имеют то же назначение и емкость встроенного конденсатора, но их обмотки могут быть намотаны более тонким проводом и содержать большее число витков. Эти катушки менее ремонтнопригодны, чем катушки размерами 10х10х14 мм.

Цвет маркировки	Назначение контурных катушек	Схема включения обмоток по рис.2	Номера выводов обмоток	Число витков	Емкость встроенного конденсатора, пф
Желтый	Фильтр ПЧ-АМ 455…460 кГц	а	1-2-3 4-6	100+50 9	190
Белый	Детектор ПЧ-АМ 455…460 кГц	б	1-2-3	50+50	410
Оранжевый	Фильтр ПЧ-ЧМ 10,7МГц¹⁾	в	1-3 4-6	12 2	75
Сиреневый	Фильтр ПЧ-ЧМ 10,7 МГц	в	1-3 4-6	11 2	90
Розовый	Дискриминатор ПЧ-ЧМ 10,7 МГц²⁾	г	1-3	7	190
Зеленый или синий	Дискриминатор ПЧ-ЧМ 10,7 МГц²⁾	г	1-3	11	90
Красный	Контур гетеродина АМ СВ-ДВ	д,е,ж	1-3 4 — 6, 2 — 3	80. ..100³⁾ 8…12
Без маркировки	Входной СВ контур в автомагнитолах Входные и гетеродинные KB контуры	д,е,ж	Соотношения витков контурных катушек и катушек связи различны у разных моделей

¹⁾Может использоваться вместо синего и зеленого. В этом случае катушка связи 4-6 не подключена к плате.

²⁾Применяются с различными микросхемами.

³⁾Число витков зависит от емкости КПЕ. Соотношение числа витков обмоток контурной катушки и катушки связи выбрано в пределах 10:1-8:1.

Катушка индуктивности — Википедия. Что такое Катушка индуктивности

Обозначение на электрических принципиальных схемах

Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность.

Применяются для подавления помех, сглаживания биений, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотно-избирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Терминология

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем, а иногда реактором.

В силовой электротехнике (для ограничения тока при, например, коротком замыкании ЛЭП) называют реактором.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой намного превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющее механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии (например, в схеме импульсного стабилизатора напряжения) называют индукционным накопителем или накопительным дросселем.

Конструкция

Конструктивно выполняется в виде винтовых или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости, при использовании в качестве высокочастотного дросселя однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойной (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники (в основном ферромагнитные, реже диамагнитные) используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах путём изменения положения сердечника относительно обмотки. На сверхвысоких частотах, когда ферродиэлектрики теряют свою магнитную проницаемость и резко увеличивают потери, применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств также иногда делают плоские «катушки» индуктивности: геометрия печатного проводника выполняется в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой линии или в виде меандра. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса^[1].

Свойства катушки индуктивности

Свойства катушки индуктивности:

Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для переменного тока имеет не только собственное омическое (активное) сопротивление, но и реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, модуль которого XL=ωL{\displaystyle X_{L}=\omega L}, где L{\displaystyle L} — индуктивность катушки, ω{\displaystyle \omega } — циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока I{\displaystyle I}. Эта энергия равна:

Векторная диаграмма в виде комплексных амплитуд для идеальной катушки индуктивности в цепи синусоидального напряжения Катушка индуктивности в переменном напряжении — аналог подверженного механическим колебаниям тела с массой.

{2}{\mbox{.}}}

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

ε=−LdIdt.{\displaystyle \varepsilon =-L{dI \over dt}{\mbox{.}}}

Для идеальной катушки индуктивности (не имеющей паразитных параметров) ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки:

|ε|=−ε=U.{\displaystyle |\varepsilon |=-\varepsilon =U{\mbox{.}}}

При замыкании катушки с током на резистор происходит переходной процесс, при котором ток в цепи экспоненциально уменьшается в соответствии с формулой^[2]:

I=I0exp(−t/T),{\displaystyle I=I_{0}exp(-t/T){\mbox{,}}}

где : I{\displaystyle I} — ток в катушке,

I0{\displaystyle I_{0}} — начальный ток катушки,

t{\displaystyle t} — текущее время,

T{\displaystyle T} — постоянная времени.

Постоянная времени выражается формулой:

T=L/(R+Ri),{\displaystyle T=L/(R+R_{i}){\mbox{,}}}

где R{\displaystyle R} — сопротивление резистора,

Ri{\displaystyle R_{i}} — омическое сопротивление катушки.

При закорачивании катушки с током процесс характеризуется собственной постоянной времени Ti{\displaystyle T_{i}} катушки:

Ti=L/Ri.{\displaystyle T_{i}=L/R_{i}{\mbox{.}}}

При стремлении Ri{\displaystyle R_{i}} к нулю, постоянная времени стремится к бесконечности, именно поэтому в сверхпроводящих контурах ток течёт «вечно».

В цепи синусоидального тока, ток в катушке по фазе отстаёт от фазы напряжения на ней на π/2.

Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике, если аналогом индуктивности принять массу, тока — скорость, напряжения — силу, то многие формулы механики и поведения индуктивности в цепи принимают похожий вид:

F =mdvdt{\displaystyle F\ =m{dv \over dt}} ↔ |ε|=LdIdt{\displaystyle |\varepsilon |=L{dI \over dt}},

где

F {\displaystyle F\ } ↔ |ε|{\displaystyle |\varepsilon |} ↔ U {\displaystyle U\ } ; m {\displaystyle m\ } ↔ L {\displaystyle L\ } ; dv {\displaystyle dv\ } ↔ dI {\displaystyle dI\ }

Ecoxp=12LI2{\displaystyle E_{\mathrm {coxp} }={1 \over 2}LI^{2}} ↔ Ekinet=12mv2{\displaystyle E_{\mathrm {kinet} }={1 \over 2}mv^{2}}

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку, к силе протекающего тока. {N}L_{i}{\mbox{.}}}

Катушка индуктивности — Википедия. Что такое Катушка индуктивности

Обозначение на электрических принципиальных схемах

Кату́шка индукти́вности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность.